CN112550561A - 一种汛期河道泥沙监测用浮标 - Google Patents

Abstract

本发明涉及泥沙监测设备领域，尤其涉及一种汛期河道泥沙监测用浮标，包括：标体，所述标体为空心结构，包括上端的圆柱部与下端的圆台部；所述圆柱部与圆台部连通；在标体内部沿竖直方向间隔设置有第一隔板与第二隔板；所述第一隔板上阵列设置有若干配重调节机构；所述第二隔板上圆周阵列的设置有若干触发机构；浮环，所述浮环套设在标体外部，内部填充气体，为标体提供浮力；平衡装置；连接浮环与标体，包括：连接圆环，连接轴承，连接圆轴；测沙传感器；所述测沙传感器设置于标体底部；GPS模块，设置于标体内部；电池，设置于标体内部，与触发机构，配重调节机构，GPS模块，测沙传感器电性连接。

Description

一种汛期河道泥沙监测用浮标

技术领域

本发明涉及泥沙监测设备领域，尤其涉及一种汛期河道泥沙监测用浮标。

背景技术

河流含沙量是随时间变化的，一年中最大含沙量在汛期，最小含沙量在枯水期；在汛期时，河道水流量显著上涨，流速增大，水势变化湍急，在汛期测定河流中的泥沙含量十分必要，因为在汛期时，由于降雨及其它使水量上涨的因素影响，使得河流泥沙含量多，通过测量河流的含沙量可以计算推测出上游的水土流失情况，以及对下游单位起到信息预警，防止泥沙沉积、河床抬高、河流水位上升等因素引起的洪涝灾害等。

常见的河道泥沙测量方式有三种，固定式、浮标式、浮船式；固定式是将测沙传感器固定于岸边，这种方式只能测定河道中近岸点的泥沙含量，对于汛期水流变化速度较大时，对于选点的要求较高，得到的信息也并不全面；浮船式的基础成本较高，并且体积较大，对河道的深宽选择有一定的要求；因此浮标式由于成本较低，测量结果较好，是汛期测量河道含沙量的不二选择；现有的浮标结构简单，由于汛期河道流速增大，水势变化湍急，而水面又有诸多杂物，常规结构的浮标在遇到湍急水流或者是缠挂，撞击到杂物时容易发生倾倒，因此需要设计一种新式浮标来应对汛期河道的水势。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种汛期河道泥沙监测用浮标，为了克服上述现有技术的缺陷，使浮标在汛期河道内进行泥沙含量监测时，尽量保持平衡，在受到水浪以及外力冲击时免于倾翻。

根据本发明的实施例一种汛期河道泥沙监测用浮标，包括：

标体，所述标体为空心结构，包括上端的圆柱部与下端的圆台部；所述圆柱部与圆台部连通；在标体内部沿竖直方向间隔设置有第一隔板与第二隔板；所述第一隔板上阵列设置有若干配重调节机构；所述第二隔板上圆周阵列的设置有若干触发机构；所述触发机构与配重调节机构电性连接；当标体在水中倾斜至一定角度时，触发机构启动，并控制配重调节机构为标体内部调节配重，从而使标体内部受力大小发生改变，继而调节标体在水中的倾斜角度，使其保持水平状态；

浮环，所述浮环套设在标体外部，内部填充气体，为标体提供浮力；

平衡装置；所述平衡装置连接浮环与标体，包括：连接圆环，连接轴承，连接圆轴；所述连接圆环侧面间隔的贯穿开设有四个轴承固定孔；每个相邻所述轴承固定孔之间的夹角为90°；每个所述轴承固定孔内设置有连接轴承；所述连接圆轴分别插入并贯穿连接轴承，其中相对的两个连接圆轴与标体转动连接，其余两个连接圆轴与浮环转动连接；

测沙传感器；所述测沙传感器设置于标体底部；

GPS模块，设置于标体内部；

电池，设置于标体内部，与触发机构，配重调节机构，GPS模块，测沙传感器电性连接。

优选的，所述圆台部的上顶面与圆柱部的下底面同径，并同心连接；所述第一隔板水平设置于圆柱部内部；所述第二隔板水平设置于圆台部内部。

优选的，所述配重调节机构包括：配电器，电动滑轨，电动滑块，配重块，外壳；所述配电器设置于第一隔板表面中心；所述电动滑轨圆周阵列在于第一隔板表面并延伸至第一隔板边缘，相邻的电动滑轨之间的夹角为45°；所述电动滑块滑动设置于电动滑轨上；所述配重块设置于电动滑块上并能跟随电动滑块在电动滑轨上移动。

优选的，所述触发机构包括：调节支架，水银开关；所述调节支架设置于第二隔板表面，位于相邻的两个电动滑轨在第二隔板的投影位置之间；所述水银开关倾斜放置于调节支架上并与电动滑轨电性连接。

优选的，所述调节支架包括：底板，斜板，调节螺杆；所述底板上开设有若干螺栓孔；所述斜板铰接于底板的一端；所述斜板表面开设有安装槽；所述水银开关放置于安装槽内部；所述安装槽上方设置有用于对水银开关限位的围板；所述斜板的端面上设置有固定板；在固定板下方的底板上设置有转台；所述调节螺杆贯穿固定台并插入转台内部；当旋转调节螺杆时，可以在一定范围内调节斜板与固定板之间的夹角，从而调节水银开关的触发角度。

优选的，所述圆柱部的侧面对称的开设有安装凹槽；与标体连接的连接圆轴一端固定于安装凹槽内，另一端插入并贯穿连接轴承，与连接圆环转动连接。

优选的，在所述浮环上对称的套设有夹板；与浮环连接的连接圆轴一端固定于夹板内侧，另一端插入并贯穿连接轴承，与连接圆环转动连接。

优选的，所述夹板底部开设有贯穿孔；所述贯穿孔内部设置有链条；所述链条的末端设置有浮子。

优选的，所述圆柱部的外表面上设置有提示灯；所述提示灯外部阵列式的设置有固定支架；所述固定支架上设置有无线信号发射器。

优选的，所述圆台部上设置有伸缩杆；所述测沙传感器设置于伸缩杆的输出端上，并可以随伸缩杆的输出端一同运动。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

①：本发明使用了平衡装置来连接标体和浮环，平衡装置使用分体对点转动连接的固定方式，使标体可以在四个方向进行摆动，由于连接圆轴两两垂直，使得标体可以同时在两个垂直的方向摆动，这种结构在标体遭遇水浪以及冲击之时可以尽量使标体保持稳定，免于倾翻；

②：本发明还设置有配重调节机构以及触发机构，当标体倾斜至一定程度时触发机构启动，带动平衡装置运行调节标体内部配重；水银开关的设置倾角就是触发阈值，由于连接圆环的直径限制使得标体的摆动幅度有限，当达到摆动极限时，水银开关中的水银滚珠滚动，导通电路，控制电动滑块与配重块移动，通过调节配重的方式调节标体内部受力，从而使标体保持平衡；

③：本发明通过平衡装置与配重调节机构两组装置来保持标体的平衡，可以有效应对河道中复杂的水势状况，并且可以在撞击/缠绕杂物时保持标体的平衡；另外，标体在保持平衡时，测沙传感器可以尽量保持在一定水深内进行监测，可以有效的保持测量数值的准确性。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为图1中A部的放大图；

图3为本发明实施例的俯视图；

图4为本发明实施例的标体的剖面图；

图5为本发明实施例的平衡装置的结构示意图；

图6为本发明实施例的配重调节机构与触发机构的安装位置示意图；

图7为本发明实施例的电动滑轨、电动滑块、配重块、外壳的安装结构示意图；

图8为本发明实施例的调节支架的结构示意图；

图9为本发明实施例的配重调节机构与触发机构的对应位置示意图；

图10为本发明实施例的配重调节机构与触发机构的逻辑电路图。

上述附图中：1、标体；11、圆柱部；111、第一隔板；112、第二隔板；113、安装凹槽；12、圆台部；2、平衡装置；21、连接圆环；211、轴承固定孔；22、连接轴承；23、连接圆轴；3、浮环；31、夹板；311、贯穿孔；32、链条；33、浮子；4、测沙传感器；5、GPS模块；6、电池；71、配电器；72、电动滑轨；73、电动滑块；74、配重块；75、外壳；8、触发机构；81、调节支架；811、底板；8111、螺栓孔；8112、转台；812、斜板；8121、安装槽；8122、固定板；8123、固定台；813、调节螺杆；82、水银开关；9、伸缩杆；10、提示灯；101、固定支架；102、无线信号发射器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。

如图1-9所示，一种汛期河道泥沙监测用浮标，包括：

标体1，所述标体1为空心结构，包括上端的圆柱部11与下端的圆台部12；所述圆柱部11与圆台部12连通；在沿竖直方向间隔设置有第一隔板111与第二隔板112；所述圆台部12的上顶面与圆柱部11的下底面同径，并同心连接；所述第一隔板111水平设置于圆柱部11内部；所述第二隔板112水平设置于圆台部12内部；所述第一隔板111上阵列设置有若干配重调节机构；所述第二隔板112上圆周阵列的设置有若干触发机构8；所述触发机构8与配重调节机构电性连接；当标体1在水中倾斜至一定角度时，触发机构8启动，并控制配重调节机构为标体1内部调节配重，从而使标体1内部受力大小发生改变，继而调节标体1在水中的倾斜角度，使其保持水平状态；

浮环3，所述浮环3套设在标体1外部，内部填充气体，为标体1提供浮力；

平衡装置2，所述平衡装置2设置于浮环3和标体1之间，用于连接浮环3与标体1，包括：连接圆环21，连接轴承22，连接圆轴23；所述连接圆环21侧面间隔的贯穿开设有四个轴承固定孔211；每个相邻所述轴承固定孔211之间的夹角为90°；每个所述轴承固定孔211内设置有连接轴承22，连接轴承22的作用是减少连接圆轴23在旋转时的摩擦力；所述连接圆轴23插接于连接轴承22内，其中相对的两个连接圆轴23与标体1转动连接（如图3所示的左右两个连接圆轴23），其余两个连接圆轴23与浮环3转动连接（如图3所示的上下两个连接圆轴23）；

测沙传感器4，所述测沙传感器4设置于标体1底部；

GPS模块5，设置于标体1内部，用于监测标体1的实时位置与移动路径；

电池6，设置于标体1内部的顶部，与触发机构8，配重调节机构，GPS模块5，测沙传感器4电性连接，为所有的用电器提供电能（后文中将不再赘述其他用电器与电池6的电性连接关系）。

如图6、7所示：所述配重调节机构包括：配电器71，电动滑轨72，电动滑块73，配重块74，外壳75；所述配电器71设置于第一隔板111表面中心，与电池6电性连接，用于为所有的电动滑轨72分配电能；所述电动滑轨72圆周阵列在于第一隔板111表面并延伸至第一隔板111边缘，本实施例中，电动滑轨72为丝杆滑轨，包括丝杆以及一个驱动丝杆转动的电机，电动滑块73与丝杆螺纹插接，电机驱动丝杆转动，电动滑块73往复移动（此装置为现有技术，在此不多做赘述）；电动滑轨72共设置有八组，相邻的电动滑轨72之间的夹角为45°本别对应水平面的八个方向；所述电动滑块73滑动设置于电动滑轨72上；所述配重块74设置于电动滑块73上并能跟随电动滑块73在电动滑轨72上移动。

如图6、8所示：触发机构8包括：调节支架81，水银开关82；所述调节支架81设置于第二隔板112表面，位于相邻的两个电动滑轨72在第二隔板112的投影位置之间；所述水银开关82倾斜放置于调节支架81上并与电动滑轨72电性连接。

本发明的配重调节机构与触发机构8的配合方法是：如图4、图6所示：配重调节机构与触发机构8在水平方向上间隔设置，电动滑轨72设置有八组，水银开关82也设置有八组，在水平方向上的设置位置相互间隔，即水银开关82在竖直方向上的投影位于相邻两个电动滑轨72之间，水银开关82本身就是倾斜设置，当标体1水平时，水银滚珠位于水银开关82的下端，此时水银开关82未导通，配重调节机构不通电，当标体1因外部受力导致标体1倾斜超过设置阈值（即大于等于调节支架81的预设角度）时，水银滚珠滚动，导通水银开关82，配电器71工作，电动滑块73运动，带动配重块74运动，在标体1内部分配重量，调节标体1内部受力，从而让标体1保持水平。

如图10所示：A1-A8为八个水银开关82的触发电路，B1-B8为八组电动滑轨72的行程电路；本发明中，配重调节机构与触发机构8的电路控制原理为：在配电器71内部，设置有控制模块以及配电器71的供电电路模块；每两个水银开关82触发时，两组电流信号传导至控制模块内，换算出一组输出电流信号输出至对应的电动滑轨72的配电器71的供电电路上，供电电路认可电流信号，释放电动滑轨72的运行电流，驱动对应的电动滑轨72的电机运行工作。

表1 水银开关导通控制电动滑轨运行表

ON	K1	K2	K3	K4	K5	K6	K7	K8
									B1	1	1	0	0	0	0	0	0
B2	0	1	1	0	0	0	0	0
									B3	0	0	1	1	0	0	0	0
B4	0	0	0	1	1	0	0	0
									B5	0	0	0	0	1	1	0	0
B6	0	0	0	0	0	1	1	0
									B7	0	0	0	0	0	0	1	1
B8	1	0	0	0	0	0	0	1

如表1中所示：K1-K8代表八个水银开关82，B1-B8为八组电动滑轨72的行程电路，“ON”代表电动滑轨72电路启动，“0”代表水银开关82断开，“1”代表水银开关82导通，如B1所在的一行中，K1、K2为“1”，K3-K8为“0”，即代表K1、K2导通时，B1电路启动，以此可以类推B2-B8的启动控制原理。

本发明中配重调节机构的配重分配原理为：在本发明中，通过电性设置，每两个水银开关82触发，控制两个水银开关82相反方向的一辆电动滑块73运动（如图9中所指的两个水银开关82与外壳75所对应的电动滑块73），在标体1平衡时所有的电动滑块73位于电动滑轨72靠近继电器一端位置，当对应位置（反向）的两组水银开关82触发时，电动滑块73开始启动，朝向第一隔板111边缘处运动，改变标体1的内部配重，由于在水中，标体1的整体摇摆程度以及角度都不确定，因此，当对应位置的两个水银开关82的其中一个断开后，对应的电动滑块73就会复位，水银开关82触发后重新运行，尽量使整个标体1在水中处于内部受力的动态平衡，使标体1保持水平；在本发明设计的实施例中，平衡装置2的摆动范围大约是30°-40°，而水银开关82的触发阈值角度设置为50°；40°-50°之间倾斜依靠标体1自动以及材料的屈服来抵消，设置断开阈值点的目的是尽量减少多个水银开关82的连续触发，导致多个电动滑块73运动，以及避免电动滑块73来不及复位的情况出现，导致标体1内部受力紊乱无法有效地调节标体1在水中的平衡。

如图8所示：所述调节支架81包括：底板811，斜板812，调节螺杆813；所述底板811上开设有若干螺栓孔8111；所述斜板812铰接于底板811的右端；所述斜板812表面开设有安装槽8121；所述水银开关82放置于安装槽8121内部；所述安装槽8121末端的上方设置有用于对水银开关82限位的弧形围板；所述斜板812的左端面上设置有固定板8122；在固定板8122下方的底板811上设置有转台8112；所述调节螺杆813贯穿固定台8123并插入转台8112内部；当旋转调节螺杆813时，可以在一定范围内调节斜板812与固定板8122之间的夹角，从而调节水银开关82的触发角度（即前文所述的触发阈值角度）。

如图2、3所示：所述圆柱部11的侧面对称的开设有安装凹槽113；与标体1连接的连接圆轴23（即图3中的左右方向的连接圆轴23）一端固定于安装凹槽113内，另一端插入并贯穿连接轴承22，与连接圆环21转动连接。

如图1、3所示：在所述浮环3上对称的套设有夹板31；与浮环3连接的连接圆轴23一端固定于夹板31内侧，另一端插入并贯穿连接轴承22，与连接圆环21转动连接。

如图1所示：所述夹板31底部开设有贯穿孔311；所述贯穿孔311内部设置有链条32；所述链条32的末端设置有浮子33，浮子33的作用是提供额外浮力，并且方便本发明靠岸后打捞。

如图1所示：所述圆柱部11的外表面上中心设置有提示灯10；所述提示灯10外部阵列式的设置有固定支架101；所述固定支架101上设置有无线信号发射器102，无线信号发射器102的目的是将测沙传感器4监测的实时数据传输至岸上的监测人员手中。

如图1所示：所述圆台部12上设置有伸缩杆9；所述测沙传感器4设置于伸缩杆9的输出端上，并可以随伸缩杆9的输出端一同运动，伸缩杆9的作用是可以调节测沙传感器4的测定水深。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种汛期河道泥沙监测用浮标，其特征在于，包括：

标体，所述标体为空心结构，包括上端的圆柱部与下端的圆台部；所述圆柱部与圆台部连通；在标体内部沿竖直方向间隔设置有第一隔板与第二隔板；所述第一隔板上阵列设置有若干配重调节机构；所述第二隔板上圆周阵列的设置有若干触发机构；所述触发机构与配重调节机构电性连接；当标体在水中倾斜至一定角度时，触发机构启动，并控制配重调节机构为标体内部调节配重，从而使标体内部受力大小发生改变，继而调节标体在水中的倾斜角度，使其保持水平状态；

浮环，所述浮环套设在标体外部，内部填充气体，为标体提供浮力；

平衡装置，所述平衡装置用于连接浮环与标体，包括：连接圆环，连接轴承，连接圆轴；所述连接圆环侧面间隔的贯穿开设有四个轴承固定孔；每个相邻所述轴承固定孔之间的夹角为90°；每个所述轴承固定孔内设置有连接轴承；所述连接圆轴分别插入并贯穿连接轴承，其中相对的两个连接圆轴与标体转动连接，其余两个连接圆轴与浮环转动连接；

测沙传感器，所述测沙传感器设置于标体底部；

GPS模块，设置于标体内部；

电池，设置于标体内部，与触发机构，配重调节机构，GPS模块，测沙传感器电性连接。

2.如权利要求1所述的一种汛期河道泥沙监测用浮标，其特征在于，所述圆台部的上顶面与圆柱部的下底面同径，并同心连接；所述第一隔板水平设置于圆柱部内部；所述第二隔板水平设置于圆台部内部。

3.如权利要求1或2所述的一种汛期河道泥沙监测用浮标，其特征在于，所述配重调节机构包括：配电器，电动滑轨，电动滑块，配重块，外壳；所述配电器设置于第一隔板表面中心；所述电动滑轨圆周阵列在第一隔板表面并延伸至第一隔板边缘，相邻的电动滑轨之间的夹角为45°；所述电动滑块滑动设置于电动滑轨上；所述配重块设置于电动滑块上并能跟随电动滑块在电动滑轨上移动。

4.如权利要求3所述的一种汛期河道泥沙监测用浮标，其特征在于，所述触发机构包括：调节支架，水银开关；所述调节支架设置于第二隔板表面，位于相邻的两个电动滑轨在第二隔板的投影位置之间；所述水银开关倾斜放置于调节支架上并与电动滑轨电性连接。

5.如权利要求4所述的一种汛期河道泥沙监测用浮标，其特征在于，所述调节支架包括：底板，斜板，调节螺杆；所述底板上开设有若干螺栓孔；所述斜板铰接于底板的一端；所述斜板表面开设有安装槽；所述水银开关放置于安装槽内部；所述安装槽上方设置有用于对水银开关限位的围板；所述斜板的端面上设置有固定板；在固定板下方的底板上设置有转台；所述调节螺杆贯穿固定台并插入转台内部；当旋转调节螺杆时，可以在一定范围内调节斜板与固定板之间的夹角，从而调节水银开关的触发角度。

6.如权利要求2所述的一种汛期河道泥沙监测用浮标，其特征在于，所述圆柱部的侧面对称的开设有安装凹槽；与标体连接的连接圆轴一端固定于安装凹槽内，另一端插入并贯穿连接轴承，与连接圆环转动连接。

7.如权利要求1所述的一种汛期河道泥沙监测用浮标，其特征在于，在所述浮环上对称的套设有夹板；与浮环连接的连接圆轴一端固定于夹板内侧，另一端插入并贯穿连接轴承，与连接圆环转动连接。

8.如权利要求7所述的一种汛期河道泥沙监测用浮标，其特征在于，所述夹板底部开设有贯穿孔；所述贯穿孔内部设置有链条；所述链条的末端设置有浮子。

9.如权利要求2所述的一种汛期河道泥沙监测用浮标，其特征在于，所述圆柱部的外表面上设置有提示灯；所述提示灯外部阵列式的设置有固定支架；所述固定支架上设置有无线信号发射器。

10.如权利要求2所述的一种汛期河道泥沙监测用浮标，其特征在于，所述圆台部上设置有伸缩杆；所述测沙传感器设置于伸缩杆的输出端上，并可以随伸缩杆的输出端一同运动。

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